(57)【要約】【課題】透光性部材を強固に固定することが可能な構成を有する発光装置を提供するとともに、半導体発光素子からの出射光を効率良く外部へ取り出すことができる発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を覆い、半導体発光素子からの光が通過する貫通孔を有するホルダと、ホルダの貫通孔の上に配置される透光性部材と、を備え、透光性部材は、透光性部材が挿入される内孔を有し、内孔の一端に透光性部材を係止可能な、開口部を有する係止部が設けられてなる固定部材に係止されており、ホルダの上に、固定部材を包囲するスリーブが設けられており、固定部材は、スリーブに固定されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆い、前記半導体発光素子からの光が通過する貫通孔を有するホルダと、
前記ホルダの貫通孔の上に配置される透光性部材と、を備える発光装置であって、
前記透光性部材は、前記透光性部材が挿入される内孔を有し、該内孔の一端に前記透光性部材を係止可能な、開口部を有する係止部が設けられてなる固定部材に係止されており、
前記ホルダの上に、前記固定部材を包囲するスリーブが設けられており、
前記固定部材は、前記スリーブに固定されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記スリーブの上面は、前記固定部材の上面と略同一の高さであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記スリーブの側面から固定部材に達する溶接痕が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記ホルダの上面と前記透光性部材との間に支持部材を有し、前記透光性部材と前記支持部材の少なくとも一部が、前記固定部材の内孔に嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記支持部材は、前記ホルダの上に配置され、前記スリーブに嵌合される基部と、前記基部の上面から突出し、前記固定部材の内孔に嵌合される突出部と、を有することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡などに利用可能な発光装置に関し、特に、半導体発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体素子を用いた第１の発光装置として、半導体レーザをキャンシールするものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。図１２は従来の発光装置を示す断面図である。半導体レーザ６１０はヘッダー６１２にボンディングされている。半導体レーザ６１０からの光を透過する集光用のレンズ６２５は内側のキャン６２０ａに取り付けられている。内側のキャン６２０ａはヘッダー６１２に取り付けられており、内側のキャン６２０ａは外側のキャン６２０ｂで覆われている。外側のキャン６２０ｂは集光用レンズ６２５から透過してきた光を更に透過するガラス窓６３０を備えている。半導体レーザ６１０から出射された光はレンズ６２５を透過し、さらにガラス窓６３０も透過する。
【０００３】
また、従来のキャン型レーザの第２の発光装置として、光取り出し部に蛍光物質の層を配置したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。図１３は従来の発光装置を示す断面図である。第２の発光装置は、半導体発光素子７１０、ステム７１２とキャン７２０を備える。半導体発光素子７１０はステム７１２にマウントされており、キャン７２０で覆われている。キャン７２０は半導体発光素子７１０からの光を透過させる取り出し窓７３０が設けられており、その取り出し窓７３０には蛍光物質層７３５が配置されている。蛍光物質層７３５は、取り出し窓７３０の外側に塗布により配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−５３４３６号公報
【特許文献２】特開平１１−８７７７８号公報（特に、図９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の第１の発光装置においては、レンズ６２５をキャンの中心に単に取り付けている構造であるため、レンズ６２５が脱落し易い。レンズ６２５は集光効果を持たせることを主目的としているため、レンズがキャンなどの非透光性部材で覆われるのは好ましくなく、外側のキャン６２０ｂを備えてはいるものの、レンズの脱落を防止する構造として充分とは言えない。
従来の第２の発光装置は、取り出し窓７３０の表面に塗布により蛍光物質層７３５を形成しているため、蛍光物質層７３５が剥離してしまうおそれがある。また、取り出し窓７３０をキャン７２０の中心に単に取り付けているだけであるため、取り出し窓が容易に脱落したり、取り付け方法によっては発光効率が悪くなったりするという問題がある。また、蛍光物質層７３５を介して半導体発光素子７１０の光を外部に放出する場合、蛍光物質層７３５が光に起因する熱により劣化してしまい、光を十分に外部に取り出すことができなくなる等の問題も有している。
そこで、本発明は、透光性部材を強固に固定することが可能な構成を有する発光装置を提供するとともに、半導体発光素子からの出射光を効率良く外部へ取り出すことができる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆い、前記半導体発光素子からの光が通過する貫通孔を有するホルダと、前記ホルダの貫通孔の上に配置される透光性部材と、を備える発光装置であって、前記透光性部材は、前記透光性部材が挿入される内孔を有し、該内孔の一端に前記透光性部材を係止可能な、開口部を有する係止部が設けられてなる固定部材に係止されており、前記ホルダの上に、前記固定部材を包囲するスリーブが設けられており、前記固定部材は、前記スリーブに固定されている。かかる構成によれば、透光性部材の脱落を防止することができる。また、半導体発光素子からの光の取り出し効率を低下させることなく外部に放出することができる。
【０００７】
また、前記スリーブの上面は、前記固定部材の上面と略同一の高さであることが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材の脱落を防止することができる。
【０００８】
また、前記スリーブの側面から固定部材に達する溶接痕が形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材の脱落を防止することができる。また、透光性部材に生じる熱を固定部材やスリーブに伝達し放熱性を高めることができる。
【０００９】
前記ホルダの上面と前記透光性部材との間に支持部材を有し、前記透光性部材と前記支持部材の少なくとも一部が、前記固定部材の内孔に嵌合されていることが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材を強固に固定することができる。
【００１０】
また、前記支持部材は、前記ホルダの上に配置され、前記スリーブに嵌合される基部と、前記基部の上面から突出し、前記固定部材の内孔に嵌合される突出部と、を有することが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材を支持部材とともに強固に固定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、透光性部材を強固に固定することが可能な構成を有する発光装置を提供することができる。また、半導体発光素子からの光の取り出し効率を低下させることなく外部に放出することができる発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【図４】支持部材の応用例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の発光装置におけるスペーサの配置例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【図１２】従来の発光装置を示す概略断面図である。
【図１３】従来の発光装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。ただし、本発明は、この実施形態に限定されない。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、を備える。
半導体発光素子１１０は、例えば、接着材や放熱部材を介して、ステム１１２に載置される。ステム１１２は、略円盤形状のステム底部１１３と、ステム底部１１３の上面の略中央に直立して配設される柱状のステム柱体１１４と、を有する。ステム底部１１３の上面及び下面（上面と反対の面）には、外部電源との接続に使用するリード１１５が突出している。半導体発光素子１１０は、ステム柱体１１４の側面に固定され、ワイヤー等の導電部材を介して電気的にリード１１５と接続されている。ステム底部１１３の上面には、半導体発光素子１１０をステム柱体１１４とともに覆うキャップ１１６が連接される。キャップ１１６は、ステム底部１１３側が開口するカップ状を成しており、その上面の略中央部分に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する窓部１１７が形成されている。
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６の外径よりも大きい内径を有しており、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにホルダ１２０の下面側がステム底部１１３に固定される。ホルダ１２０の貫通孔１２２の内部にはレンズ１２５を備えている。レンズ１２５は、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６と透光性部材１３０との間に配置される。半導体発光素子１１０から出射される光は、レンズ１２５によって集光され、透光性部材１３０に照射される。
ホルダ１２０の上面と透光性部材１３０との間には、透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が設けられている。支持部材１４０は、略円柱形状を成している。支持部材１４０は、ホルダ１２０の貫通孔１２２を覆うようにホルダ１２０の上面に配置される。支持部材１４０の略中央部には、半導体発光素子１１０からの光を通過させる貫通孔１４２が設けられている。この支持部材の貫通孔１４２を塞ぐように、透光性部材１３０が支持部材１４０の上に配置される。半導体発光素子１１０から出射される光は、この貫通孔１４２を通過して透光性部材１３０に入射する。なお、支持部材１４０は省略してもよい。本実施形態において、透光性部材１３０は略円錐台と円柱状を組み合わせた形状である。
本実施の形態に係る発光装置は、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０を備えている。固定部材１５０は、透光性部材１３０が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。これにより、光の遮蔽による光の取り出し効率の低下を抑えながら、透光性部材の脱落を防止することができる。
ホルダ１２０の上には、固定部材１５０を包囲するスリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は略円筒形状を成しており、ホルダ１２０の上面において、貫通孔１２２の周縁部に連結されている。ホルダ１２０及びスリーブ１６０は、異部材とは限らない。両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。また、各々が複数の部材により構成されていてもよい。支持部材１４０の外径は、スリーブ１６０の内径と略同一であることが好ましい。支持部材１４０はスリーブ１６０内に嵌合されている。これにより、支持部材１４０の径方向のがたつきを抑えることができる。また、固定部材１５０の外径は、スリーブの内径と略同一であることが好ましい。固定部材１５０は、スリーブ１６０の内孔に嵌合されており、係止部１５４が固定部材の内孔１５２に挿入された透光性部材１３０に接触している。
固定部材１５０は、係止部１５４が透光性部材１３０に接触した状態において、スリーブ１６０に対して固定されている。透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部１５４によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。固定部材１５０は、取り外し可能とするため隙間や凹凸、ネジ形状を設けていてもよい。ただし、固定強度を高めるためスリーブ１６０と固定部材１５０とはＹＡＧ溶接等により固定することが好ましい。本実施の形態においては、スリーブの外側からＹＡＧレーザを照射することにより、スリーブの側面から固定部材に達する溶接痕１７０が形成されている。透光性部材に生じる熱を、溶接痕を介して外部に放出することができる。また、スリーブ１６０の上面は、固定部材１５０の上面と略同一の高さであることが好ましい。これにより、固定部材１５０が脱落し難い構造とすることができる。
固定部材１５０の内孔１５２の長さは、透光性部材１３０の公差を考慮して略同一の長さか、少し短めに設定することが好ましい。この結果、固定部材１５０をスリーブ１６０内に嵌合させた時に、固定部材１５０の下面と支持部材１４０の上面との間に空隙部１７５が存在する場合がある。この時、透光性部材１３０は、上面側の一部が固定部材１５０の内孔１５２に挿入されている。透光性部材１３０の下面側は、固定部材１５０の内孔１５２から固定部材１５０の下面よりも下に突出している。固定部材１５０の下面は、支持部材１４０の上面に対して空隙部１７５が存在するように離間した状態で対面している。
【００１６】
本実施形態に係る発光装置は、透光性部材１３０がホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されているため、透光性部材１３０の位置ずれを抑制することができる。また、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０の周囲にスリーブ１６０が設けられていることにより、固定部材１５０を外部から保護することができるので、耐衝撃性が増し、固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０がスリーブ１６０内に嵌合され、固定部材１５０の外面とスリーブ１６０の内面が接触して固定される構造とすることにより、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができるため、透光性部材の劣化を抑制することができる。
【００１７】
以下に個々の部材について説明する。
【００１８】
（ホルダ）
ホルダは、半導体発光素子が内蔵されたキャップ及びステムの周囲を囲むものである。ホルダの内孔には、ステム底部が固定される。また、ホルダの内孔には、レンズを固定することができる。
【００１９】
ホルダは、互いに対向する上面及び下面を有し、上面から下面に貫通する貫通孔が設けられている。ホルダ１２０の形状は略円筒形状のものを例示しているが、キャップやステムを挿入できる形状であれば特に限定されない。ホルダ１２０の貫通孔１２２の平面形状としては、円形が好ましいが、円形に近似した形状であってもよい。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、下端側から上端側に向かって内径が小さくなるように傾斜あるいは湾曲していてもよい。
【００２０】
本実施形態に係る発光装置では、半導体発光素子の光出射方向側からみて、ホルダの上面のほぼ中央に貫通孔が形成されている。これにより、半導体発光素子からの出射光を効率よく外部へ出射させることができる。
【００２１】
ホルダの材料としては、特に限定されるものではないが、連結されるステム底部及びスリーブとの接着性に優れた材質であって、さらには半導体発光素子等の熱源からの伝導熱を放熱可能な材質であることが好ましい。一例としてニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス、ニッケルと鉄との合金、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）等が挙げられる。
【００２２】
（スリーブ）
スリーブは、ホルダの上に配置される支持部材、透光性部材及び固定部材を包囲するように構成され、スリーブの下面がホルダの上面と、例えば溶接により接合される。スリーブの内孔には、固定部材が固定される。スリーブは、固定部材を外部から保護する役割を備えている。
【００２３】
スリーブは、略円筒形状を成している。スリーブの形状は、支持部材、透光性部材及び固定部材を包囲することができる形状であれば特に限定されない。スリーブの形状は、円筒形状の他に、角筒又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。
スリーブの内径は、支持部材、透光性部材及び固定部材を内部に配置することができる大きさであれば特に限定されない。スリーブの内径が固定部材の外径と略同一であれば、固定部材を嵌合して固定することができるので好ましい。
スリーブの上面は、固定部材の上面と略同一の高さであることが好ましい。これにより、固定部材が脱落し難い構造とすることができる。また、スリーブの上面は、固定部材の上面からわずかに突出していてもよい。これにより、本発明の発光装置の使用形態に応じて、固定部材やスリーブの先端にライトガイド等の光学部材を取り付ける場合、効率よくかつ安定して光を導光することができる。
【００２４】
スリーブは、透光性部材から固定部材を介して伝導してきた熱を、ホルダ又は外部へ放熱させる機能も有することができる。このためには、スリーブの材質は、熱伝導率の高いものが好ましい。一例として、ニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス、ニッケルと鉄との合金、鉄とニッケルとコバルトとの合金（コバール）等が挙げられる。また、スリーブは、連結されるホルダ及び固定部材との接着性に優れた材質であることが好ましい。また、ホルダとスリーブ、又はホルダと後述するスペーサは、例えば溶接によって接合されることより、溶接性を良好にする材料が好ましい。
【００２５】
（固定部材）
固定部材は、透光性部材を固定するためのものである。固定部材は、透光性部材を挿入する内孔を有し、内孔の一端に透光性部材を係止可能な、開口部を有する係止部が設けられている。固定部材の開口部は、透光性部材からの光を所望の光学特性を持たせて外部に放出することができる。
【００２６】
固定部材の形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状が挙げられる。固定部材の外形は、スリーブの内側の形状と略同一であることが好ましい。開口部の平面形状は、特に限定されず、例えば、固定部材の内側又は外側の平面視で、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形等の多角形等が挙げられる。また、固定部材の内側と外側とで、異なる平面形状であってもよい。
【００２７】
固定部材の内孔の中心軸は、半導体発光素子からの光出射軸、又は支持部材の貫通孔の中心軸とほぼ同一であることが好ましい。また、固定部材の開口部の中心軸は、固定部材の内孔の中心軸とほぼ同一であることが好ましい。
【００２８】
固定部材の係止部の開口部は、半導体発光素子からの光が透過可能であればその大きさや形状については特に限定されるものではない。係止部の開口部は、光進行方向にしたがって内径が大きくなっていることが好ましい。具体的には、係止部の開口部の入光側が透光性部材の最大径より小さいことが好ましい。本明細書において、入光側とは、開口部や貫通孔の両端口の内、半導体発光素子からの光が入射する側を指し、出光側とは、他端側を指す。係止部の開口部を透光性部材の最大径よりも小さくすることにより、透光性部材の脱落を防止することができる。また、係止部の開口部を先端に向かって拡開させ、係止部の開口部の出光側を透光性部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きくすることで、発光観測面側から見たとき、透光性部材の表面積を大きくすることができ、光取り出し効率の向上を図ることができる。開口部は、開口方向が広口となるテーパ形状、もしくは曲面であることが好ましい。開口部の開口方向への広がりの程度は、特に限定されるものではないが、例えば、開口部の外周に広がる固定部材の上面に対して３０〜９０°程度の傾斜角を有していることが好ましい。このような傾斜角に設定することにより、透光性部材からの光を、開口部の内壁によって効率的に反射させることができるため、光の取り出し効率向上させることができる。
【００２９】
固定部材としては、高い熱伝導率を有し、且つ、スリーブと熱膨張係数が等しい部材を用いることが好ましく、具体的には、金属を用いることが好ましい。より具体的には、鉄、ステンレス、鉄ニッケル合金、コバール合金、アルミニウム合金を用いることが好ましい。このようにすれば、透光性部材に生じる熱を拡散することができる。また、スリーブと固定部材との熱膨張係数の差に基づいて、スリーブや固定部材などに不良が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
固定部材は、表面に反射部材を備えていてもよい。反射部材は、半導体発光素子から出射された光、又は透光性部材から放出された光を反射させる。反射部材は、例えば、固定部材の内孔の一部又は全面、スリーブの一部又は全面、ホルダの内側及び／又は外側の一部又は全面等に配置することができるが、特に、透光性部材が配置される部位及びその周辺、つまり、固定部材の内孔及び開口部、支持部材の貫通孔及び上面に配置されていることが好ましい。このような反射部材を配置することにより、意図しない方向に出射及び／又は反射した光を、再反射させることにより外部に効率的に取り出すことが可能となり、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３１】
反射部材は、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属、Ｉｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ａｇ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ−Ｎｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ−Ａｇ−Ａｌ、Ｔｉ−Ａｇ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ−Ａｇ、Ｎｉ−Ａｕ−Ａｇ、Ａｕ−Ａｇ−Ａｌ、Ｔｉ−Ａｇ、Ａｇ−Ａｌ等の合金、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ５、ＺｎＳ、ＭｇＦ２等又はこれらの組み合わせの単層膜又は積層膜等により形成することができる。なお、反射部材の厚みは特に限定されないが、例えば、貫通孔内を塞がないように、貫通孔の内壁に沿って形成されることが好ましい。
【００３２】
反射部材は、保護膜で被覆されていてもよい。保護膜は、反射部材の劣化を抑制する機能を果たし、これにより、発光装置の寿命を長くすることができる。反射部材が外部と接することを防ぎ、反射部材自体の化学反応及び汚染を防止する。
保護膜は、光透過率の高い材料で形成されることが好ましい。これにより、反射部材で反射した光を効率良く、外部へ取り出すことができる。具体的には、ＺｎＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＭｇＦ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＡｌＮガラス、セラミックス（ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＮ等)、樹脂(シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等)等又はこれらの組み合わせが挙げられる。
また、保護膜は、第２の透光部材及び第１の透光部材とキャップとの接着に寄与することもできる。これにより、第２の透光部材及び第１の透光部材のキャップへの密着強度を向上させることができる。
なお、保護膜の厚みは特に限定されないが、例えば、貫通孔内を塞がないように、反射部材の全て覆うように形成することが好ましい。
本発明の固定部材や支持部材は、ホルダに対して着脱可能であるため、このような反射部材や保護膜の形成を、ホルダ単位ではなく、ホルダとは独立した部材である固定部材や支持部材に対して行うことができる。
【００３３】
（固定部材及びスリーブの固定方法）
固定部材とスリーブとは接続部分を嵌合する形状とすることができるほか、固定部材とスリーブに雄ネジと雌ネジを設けるネジ式、固定部材とスリーブに凹凸を設ける嵌め込み式などを採ることができる。また、固定強度を上げるために、固定部材とスリーブとを溶接固定若しくは接着材固定する接合方法もある。溶接固定は、例えばＹＡＧレーザ溶接で、固定部材とスリーブとの一部を溶かし、溶接固定するものである。
溶接固定の場合、レーザに起因する熱が周辺部材に伝達されやすい。例えば、固定部材の内孔や下面を他の部材と溶接固定しようとすると、溶接時に発生する熱により透光性部材が劣化したり変色したりするおそれがある。本発明においては、透光性部材から遠い位置となる固定部材の外側面を溶接固定するため、透光性部材の劣化や変色を防止することができる。
【００３４】
スリーブと固定部材は、両者を溶接することができる程度の接触面積を有することが好ましい。スリーブと固定部材との接触面積を十分に確保することにより、固定部材を強固に固定することができるとともに、透光性部材から固定部材を介して伝導してきた熱を効率よく放熱させることができる。
固定部材とスリーブとを固定する位置は、両者が接触若しくは近接している面内において、透光性部材に近い領域であることが好ましい。これにより、透光性部材で生じた熱を固定部材からスリーブへ効率よく伝導する放熱経路を確保することができる。また、放熱性を高めるため、固定部材とスリーブとの間に、例えば銀などのように熱伝導率の高い部材を介して溶接することが好ましい。
ＹＡＧ溶接の場合、スリーブの外側からＹＡＧレーザを照射することにより、スリーブの側面から固定部材に達する溶接痕が形成される。溶接痕は、スリーブの側面から固定部材と透光性部材の接触部に向けて形成されていることが好ましい。透光性部材に近接するように溶接痕を形成することにより、透光性部材で生じた熱を、溶接痕を介して効率よく外部へ放出することができるため、透光性部材の劣化を防止することができる。また、固定部材の内孔には溶接痕が残らないため、透光性部材の光が溶接痕に入射することにより生じる光の損失を抑制することができる。
【００３５】
接着剤固定は、予め、スリーブの側面に穴を空けておき、固定部材をスリーブの内孔に挿入した後、スリーブの側面に設けた穴部に有機または無機の接着材を充填し、固定部材とスリーブを固定するものである。本発明の発光装置は、固定部材をスリーブに対して固定するため、固定部材の内孔には接着剤が存在せず、固定部材の外側に接着剤が存在することになる。したがって、半導体発光素子からの光が接着剤で吸収されることにより生じる光取り出し効率の低下を防止することができる。また、半導体発光素子からの光による接着剤の変質を防止することができる。
【００３６】
（支持部材）
支持部材は、スリーブの内部において、ホルダと透光性部材との間に設けられる。支持部材は、略円柱状を呈し、略中央にホルダ側から透光性部材側へ通じる貫通孔が形成されている。半導体発光素子から出射され、ホルダの貫通孔内を通過してきた光は、支持部材の貫通孔を通過して透光性部材側へ出射される。支持部材は、透光性部材を支持するとともに、透光性部材からの戻り光を反射させる機能を有している。
【００３７】
支持部材の形状は、円柱状の他に、多角柱状又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。支持部材は、少なくとも透光性部材を固定できるような平面を有していることが好ましい。
支持部材の厚みは、特に限定されないが、用いる半導体発光素子やレンズの特性、ホルダの構造及び大きさ等によって適宜調整することができる。支持部材の直径（又は幅）は、少なくともホルダの貫通孔の直径よりも大きく、スリーブの内孔の直径と同じ若しくはそれよりも小さい。支持部材の直径（又は幅）は、スリーブの内孔の直径と略同一であることが好ましい。これにより、スリーブ内において支持部材の径方向のがたつきを抑えることができる。
また、透光性部材からの光を十分に反射させるためには、半導体発光素子からの光の出射方向における支持部材の投影面積が、透光性部材の投影面積と同じ若しくはそれよりも大きくなるように調整することが好ましい。
【００３８】
支持部材の貫通孔は、支持部材の上面側から見て、ほぼ中央に形成される。半導体発光素子から出射された光は、支持部材の貫通孔を通過して、透光性部材側へ出射される。貫通孔の開口幅における中心軸は、半導体発光素子からの光出射軸とほぼ同一であることが好ましい。貫通孔の開口形状は円形のみならず、楕円形或いは多角形でも構わない。また、貫通孔の開口形状は、ホルダ側と透光性部材側とで異なる開口形状を有していてもよい。
【００３９】
支持部材の貫通孔は、その開口幅を一方向に変化させてなる傾斜部を有していてもよい。傾斜部の形状としては、例えば、支持部材の貫通孔の傾斜部の領域は、略逆円錐台形状をなすもの、つまり、ホルダ側から透光性部材側に向かって内径が大きくなるものが挙げられる。このような形状の貫通孔を備えることで、透光性部材の光入射面を十分に確保することができるため、光取り出し効率が良好となる。この場合、半導体発光素子からの光の焦点が支持部材の貫通孔の入光側の端部に略一致するようにレンズや球面鏡を調節する、あるいは、半導体発光素子を支持部材の貫通孔に近接するように配置することが好ましい。これにより、支持部材の干渉による減衰なく半導体発光素子からの光を透光性部材に入射させることができるとともに、一端貫通孔に進入した光が再びホルダ側へ逆戻りすることを防止することができる。
また、支持部材の貫通孔の傾斜部の領域が、略円錐台形状をなすもの、つまり、ホルダ側から透光性部材側に向かって内径が小さくなるものでもよい。このような形状の貫通孔を備えることで、透光性部材からホルダの方向へ逆戻りする光を、支持部材によって反射させることができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。また、透光性部材と支持部材との接触面積が増加するため、放熱性をさらに高めることができる。
【００４０】
また、支持部材の貫通孔は、半導体発光素子からの光の入光側近傍では開口径の拡大率が大きく、出光側近傍ではその拡大率が小さいものでもよい。例えば、傾斜部がドーム形状のような、曲面を帯びたものが挙げられる。曲面状の傾斜部は、傾斜部で反射された光を出光側の中心方向へと屈折させることが可能になる。したがって、支持部材の貫通孔内での光の反射回数を低減でき、光の損失を低減することができる。
【００４１】
支持部材の材質は、特に限定するものではなく、種々の材料を用いることができる。しかし、例えば、支持部材の表面に反射部材をメッキ法によって形成する場合は、支持部材は、導電性を有する部材を用いることが好ましい。具体的な材質としては、例えば、銅、真鍮、ＳＵＳ、ニッケル、コバール、アルミニウム等が挙げられる。一方、反射部材をスパッタリング法や蒸着法で形成する場合は、支持部材は、上記の導電性を有する部材の他に、種々の部材を用いることができる。
【００４２】
支持部材は、ホルダや固定部材に対して着脱可能である。そのため、支持部材を取り付けるだけで、半導体発光素子と透光性部材との距離を調節したり、透光性部材からの戻り光を反射させる機能持たせたりすることができる。
【００４３】
図４は、支持部材の応用例を示す概略断面図である。支持部材１４０の貫通孔１４２には、透光性を有する光透過部材１４３を充填してもよい。光透過部材１４３は、大気の屈折率（波長４００〜８００における屈折率：約１）より大きい屈折率を有し、支持部材１４０の上に配置される透光性部材１３０の屈折率と同一若しくはそれよりも小さい屈折率を有していることが好ましい。具体的な材料としては、ガラスや樹脂、石英、サファイア等が一例として挙げられる。支持部材１４０の貫通孔１４２に光透過部材１４３を充填させることにより、支持部材１４０の上に配置される透光性部材１３０との屈折率差を小さくすることができるため、半導体発光素子から出射して支持部材の貫通孔を通過する光出力の低下を防止することができる。また、支持部材１４０の貫通孔１４２に光透過部材１４３を充填することにより、支持部材１４０の体積が増える分、放熱効果を高めることができる。
【００４４】
（透光性部材）
透光性部材は、半導体発光素子からの光を透過して、外部に光を放出させるためのものである。本実施形態において、透光性部材は略円錐台と円柱状を組み合わせた形状となっている。透光性部材の形状は、特に限定されず、種々の形状を採用することができる。例えば、円錐台形状、平凸レンズ状、平板状、円盤形状、球状、楕円球状、半球状、半楕円球形状等又はこれらの組み合わせが挙げられる。
【００４５】
透光性部材には、後述する波長変換部材や拡散部材などを含有させることができる。透光性部材にこのような部材を含有させることにより、半導体発光素子からの光による熱を生じやすくなる。そのため、固定部材やスリーブによる放熱の効果をさらに有効に得ることができる。
このような透光性部材の材料としては、半導体発光素子や波長変換部材及び拡散部材からの光を吸収しにくい部材を用いるのが好ましい。具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などとしてもよいし、アルミナ等のセラミック材を用いることができる。
【００４６】
（波長変換部材）
波長変換部材は、半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し、吸収した光を異なる波長に変換することができるものである。つまり、波長変換部材により波長変換された光と、半導体発光素子からの光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。
さらに、波長変換部材は、透光性部材に含有させる他、半導体発光素子からの光が照射されるように半導体発光素子の近傍に設けることもできる。
【００４７】
波長変換部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。波長変換部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。
このような波長変換部材の材料としては、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。
【００４８】
（拡散部材）
拡散部材は、半導体発光素子および波長変換部材からの光を拡散することができれば良く、半導体発光素子の発光波長や透光性部材の屈折率などにより適宜選択することができる。このような拡散部材の材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＭｇＯ、Ｓｉ３Ｏ２、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｇ等が挙げられる。
【００４９】
拡散部材は、蛍光体等の波長変換部材と併用することで、半導体発光素子及び蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることによって生じやすい色ムラを抑制することができるので、好適に使用できる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散物質は、半導体発光素子からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく透光性部材の粘度を高めることができる。
【００５０】
（半導体発光素子）
半導体発光素子としては発光ダイオード、半導体レーザ素子など種々のものが利用できる。半導体レーザ光は指向性が高いため、光を一方向へ導波しやすい。したがって、半導体レーザ素子からの出射光を高効率で発光装置の外部へ取り出すことが可能となる。また、青色系半導体レーザ素子であれば、ＩＩＩ族窒化物半導体より形成されるのが好まし
い。
特に、半導体レーザは発光ダイオードに比較して光密度が高いので、半導体レーザを用いると発光装置としての輝度は容易に向上するものの、光密度が高いゆえに透光性部材が局所的に発熱し、劣化、変色しやすい。本願発明は、熱による透光性部材や周辺部材への悪影響を大幅に軽減することができるので、発光素子として半導体レーザを用いる場合に特に効果的である。
【００５１】
この他、半導体発光素子に発光ダイオードを使用する場合、端面発光型のものが好適である。端面発光型ダイオードとは、発光ダイオードを構造面から分類した場合の一種で、半導体レーザと同じように活性層の端面から光を取り出すものをいう。これは、活性層の屈折率を高くして光導波作用を起こさせることで、端面から光を出力させることを可能にしている。このように出力面積を絞ることで、半導体発光素子からの出力光を、支持部材の貫通孔内へ導波させやすくすることができる。ひいては、発光装置からの光取り出し効率を高めることができる。
【００５２】
さらに、半導体発光素子は、使用の際に発生した熱が素子内に蓄熱されると、その特性が悪化し、またライフ寿命が低減する。これを防止するため、半導体発光素子から生じた熱は、機械的及び電気的に接続されるステム柱体及びステム底部に伝導され、さらに外気へと放出される構造をとる。つまり、ステム底部及びステム柱体はヒートシンクの役割を担っており、放熱効果を奏す。
【００５３】
したがって、ステム底部及びステム柱体は、熱媒体となり得るよう、その材質は熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、ＳＰＣ、銅、真鍮、タングステン、アルミニウム、銅・タングステン合金などが挙げられる。また、ステム底部はキャップと接着されるので、キャップの材質およびこれとの密着性を考慮して決定すればよい。
【００５４】
キャップは、発光素子を被覆するためのものであり、特に、ステムに搭載された半導体発光素子を気密封止するためのものである。キャップには、半導体発光素子からの光を通過させる窓部が設けられている。そして、窓部はガラス等によって封止されている。
キャップは、特に限定されないが、熱伝導率が高い材料で形成されていることが好ましく、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、コバール、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、真鍮等種々の材料を用いることができる。通常、キャップは、半導体発光素子とは離間され、半導体発光素子を被覆するとともに、ステムに、抵抗溶接や半田付け等で接着される。従って、プロジェクションを用いた抵抗溶接が可能であるＦｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ、コバール等によって形成されていることが好ましい。また、キャップは、酸化等の劣化を防止するため、例えば、Ｎｉ、Ａｇ等のメッキ等が施されてもよい。
キャップの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、有底の筒型（円柱又は多角
形柱等）又は錐台型（円錐台又は多角形錐台等）、ドーム型及びこれらの変形形状等、種
々の形状が挙げられる。
【００５５】
キャップとステムの形状は、半導体発光素子を封止できるものであれば特に限定しない。例えば、ステムを構成するステム底部を、内部に空洞を有する略筒状とし、その上部を閉塞するキャップを略円盤状とすることもできる。
【００５６】
（レンズ）
本発明の発光装置では、半導体発光素子と支持部材との間に、レンズが設けられていていることが好ましい。
レンズは、半導体発光素子から射出された光が、支持部材の入射部に集光される限り、どのような形状でもよく、半導体発光素子と支持部材との間に、複数枚並べて配置してもよい。レンズは、無機ガラス、樹脂等により形成することができ、なかでも、無機ガラスが好ましい。半導体発光素子と支持部材との間にレンズを備え、レンズを介して半導体発光素子から射出された光を支持部材へ導出することができることにより、半導体発光素子から射出する光を集光させ、効率よく支持部材に導出することができる。なお、レンズには、蛍光物質等の波長変換部材として機能する材料を含有させてもよい。これにより、レンズ機能により、波長変換された励起光が、確実に射出部に集光されるため、色バラツキを解消することができ、レンズの製造によって波長変換部材をも同時に製造することができるために、波長変換部材の製造コストを抑えることができる。
【００５７】
（スペーサ）
図５は、本発明の発光装置におけるスペーサの配置例を示す概略断面図である。ホルダ１２０とスリーブ１６０及び支持部材１４０との間には、スペーサ１８０を設けることができる。スペーサ１８０は、半導体発光素子１１０又はレンズ１２５からの光の集光点と支持部材１４０との距離を調節するためのものである。スペーサ１８０は、ホルダ１２０の上面に溶接等により固定される。また、スペーサ１８０を用いる場合、スリーブ１６０及び支持部材１４０は、ホルダ１２０の上にスペーサ１８０を介して配置されることになる。尚、本明細書において、位置構成などでいう「上」とは、基体の必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して基体の上方に形成される場合、すなわち基体との間に他の介在物が存在する場合も包含する意味で使用する。
【００５８】
スペーサ１８０は、内孔１８２を有する円筒形状を成している。スペーサ１８０の形状は、円筒形状の他に、角筒又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。スペーサ１８０を用いる場合、スリーブ１６０及び支持部材１４０は、スペーサ１８０の上に配置されるため、スペーサ１８０の径は、スリーブ１６０の径と同一若しくはそれよりも大きく、スペーサの内孔１８２の径は、支持部材１４０の外径よりも小さくなるように形成する。スペーサ１８０は、少なくともスリーブ１６０や支持部材１４０を安定して固定することができるような平面を有していることが好ましい。
スペーサ１８０の厚みは、用いる半導体発光素子１１０やレンズ１２５の特性、ホルダ１２０やスリーブ１６０の構造及び大きさ等によって適宜調整することができる。例えば、レンズ１２５で集光される半導体発光素子１１０の光の焦点の位置が支持部材１４０の貫通孔１４２の入光側の端部に略一致するようにスペーサ１８０の厚みを調整すると、半導体発光素子１１０からの光を効率よく支持部材１４０の貫通孔１４２に入射させることができるとともに、支持部材１４０の貫通孔１４２の入光側の径を小さくすることができる。これにより、一端支持部材１４０の貫通孔１４２に進入した光が、再びホルダ１２０側へ逆戻りすることを防止することができる。スペーサ１８０を用いることにより、半導体発光素子１１０と支持部材１４０との距離の調節を、ホルダ１２０単位ではなく、ホルダ１２０とは独立した部材であるスペーサ１８０単位で行うことができる。
【００５９】
スペーサ１８０の材質は、特に限定するものではなく、種々の材料を用いることができる。しかし、連結されるホルダ１２０及びスリーブ１６０との接着性に優れた材質であることが好ましい。また、半導体発光素子１１０や透光性部材１３０等からの伝導熱を放熱可能な材質であることが好ましい。具体的な材質としては、例えば、銅、真鍮、ＳＵＳ、ニッケル、コバール、アルミニウム等が挙げられる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図７は、第２実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。本実施形態に係る発光装置は、前述した第１実施形態の発光装置と比べて、支持部材と固定部材の構成が異なる。なお、共通する構造については説明を省略する部分もある。
【００６１】
本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、を備える。
半導体発光素子１１０は、ステム１１２に載置される。ステム１１２には、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６が連接される。キャップ１１６は、上面の略中央部分に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する窓部１１７が形成されている。
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０は、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにステム底部１１３に固定される。
ホルダ１２０の上面と透光性部材１３０との間には、透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が設けられている。支持部材１４０の略中央部には、半導体発光素子１１０からの光を通過させる貫通孔１４２が設けられている。この支持部材の貫通孔１４２を塞ぐように、透光性部材１３０が支持部材１４０の上に配置される。本実施形態において、透光性部材１３０は略円錐台と円柱状を組み合わせた形状である。
本実施の形態に係る発光装置は、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０を備えている。固定部材１５０は、透光性部材１３０が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を支持部材１４０とともに係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。
ホルダ１２０の上には、支持部材１４０及び固定部材１５０を包囲するスリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は略円筒形状を成しており、ホルダ１２０の貫通孔１２２の周縁部に連結されている。
【００６２】
本実施の形態の発光装置において、支持部材１４０は、ホルダの上に配置される基部１４４と、基部１４４の上面から突出する突出部１４６とから構成される。突出部１４６の突出した上面は、透光性部材１３０の最大径と略同一の径を有している。基部１４４及び突出部１４６は、ともに円盤形状を成している。基部１４４及び突出部１４６の中心軸は略同一であり、その中心部に貫通孔１４２が設けられている。支持部材１４０の基部１４６は、スリーブ１６０の内径と略同一の外径を有しており、スリーブ１６０に嵌合される。また、支持部材１４０の突出部１４６は、固定部材１５０の内孔１５２の径と略同一の径を有しており、固定部材１５０の内孔１５２には、透光性部材１３０及び支持部材１４０の突出部１４６の少なくとも一部が嵌合される。
【００６３】
また、固定部材１５０は、スリーブ１６０の内孔１６２に嵌合され、係止部１５４が透光性部材１３０に接触している。そして、固定部材１５０は、係止部１５４が透光性部材１３０に接触した状態において、スリーブ１６０に対して固定されている。透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部１５４によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。
本実施形態では、透光性部材１３０の側面は、固定部材１５０の内孔１５２によって覆われている。固定部材１５０の下面は、支持部材１４０の基部１４６の上面に対して空隙部１７５が存在するように離間した状態で対面している。これにより、透光性部材１３０の側面方向には空隙部１７５が存在せず、透光性部材１３０の下面よりも下方の位置に空隙部１７５が存在するようになる。したがって、半導体発光素子１１０からの光が透光性部材１３０に入射し、透光性部材１３０の前方面および側面に光が放射された時、半導体発光素子１１０からの光を効率よく外部へ取り出し、発光強度を向上させることが可能になる。
【００６４】
本実施形態に係る発光装置は、透光性部材１３０がホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されているため、透光性部材１３０の位置ずれを抑制することができる。また、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０の周囲にスリーブ１６０が設けられていることにより、固定部材１５０を外部から保護することができるので、耐衝撃性が増し、固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０がスリーブ１６０内に嵌合され、固定部材１５０の外面とスリーブ１６０の内面が接触して固定される構造とすることにより、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができる。
【００６５】
＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図９は、第３実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。本実施形態に係る発光装置は、前述した第１実施形態の発光装置と比べて、支持部材、固定部材、及びスリーブの構成が異なる。なお、共通する構造については説明を省略する部分もある。
【００６６】
本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、を備える。
半導体発光素子１１０は、ステム１１２に載置される。ステム１１２には、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６が連接される。キャップ１１６は、上面の略中央部分に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する窓部１１７が形成されている。
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０は、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにステム底部１１３に固定される。
ホルダ１２０の上には、スリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は略円筒形状を成しており、ホルダ１２０の上面の貫通孔１２２の周縁部に連結されている。本実施の形態において、スリーブ１６０の内孔１６２は、内部で径が変わる段差部１６２ｃを有している。この段差部１６２ｃからスリーブの下面側を第１の内孔１６２ａとし、段差部１６２ｃからスリーブの上面側を第２の内孔１６２ｂとする。第１の内孔１６２ａの径は、第２の内孔１６２ｂの径よりも小さく形成されている。
【００６７】
スリーブの段差部１６２ｃの上に、透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が設けられている。支持部材１４０は、スリーブ１６０の第１の内孔１６２ａを覆うように配置される。支持部材１４０は、スリーブ１６０の段差部１６２ｃの上に配置される基部１４４と、基部１４４の上面から突出する突出部１４６とから構成される。突出部１４６の突出した上面は、透光性部材１３０の最大径と略同一の径を有している。基部１４４及び突出部１４６は、ともに円盤形状を成している。基部１４４及び突出部１４６の中心軸は略同一であり、その中心部に半導体発光素子１１０からの光を通過させる貫通孔１４２が設けられている。この支持部材の貫通孔１４２を塞ぐように、透光性部材１３０が支持部材１４０の上に配置される。本実施形態において、透光性部材１３０は略円錐台と円柱状を組み合わせた形状である。
【００６８】
本実施の形態に係る発光装置は、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０を備えている。固定部材１５０は、透光性部材１３０が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を支持部材１４０とともに係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。
【００６９】
スリーブ１６０の第２の内孔１６２ｂの径は、支持部材１４０の基部１４４及び固定部材１５０の外径と同一若しくはそれよりもわずかに大きく形成されており、支持部材１４０及び固定部材１５０は、第２の内孔１６２ｂに配置される。スリーブ１６０の第１の内孔１６２ａの径は、支持部材１４０の基部１４４及び固定部材１５０の外径よりも小さく形成されており、支持部材１４０及び固定部材１５０が第１の内孔１６２ａ側へ抜けない構造となっている。支持部材１４０の基部１４４及び固定部材１５０は、スリーブ１６０の第２の内孔１６２ｂの径と略同一の外径を有していることが好ましい。これにより、スリーブ１６０内における支持部材１４０や固定部材１５０の径方向のがたつきを抑えることができる。
【００７０】
固定部材１５０は、スリーブ１６０の第２の内孔１６２ｂに嵌合され、係止部１５４が透光性部材１３０に接触している。そして、固定部材１５０は、係止部１５４が透光性部材１３０に接触した状態において、スリーブ１６０に対して固定されている。透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部１５４によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。
【００７１】
本実施形態に係る発光装置は、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０の周囲に、スリーブ１６０が設けられている。これにより、固定部材１５０を外部から保護することができるので、耐衝撃性が増し、固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０がスリーブ１６０内に嵌合され、固定部材１５０の外面とスリーブ１６０の内面が接触して固定される構造とすることにより、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができる。
【００７２】
＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。本実施形態に係る発光装置は、前述した第１実施形態の発光装置と比べて、透光性部材、支持部材、及び固定部材の構成が異なる。なお、共通する構造については説明を省略する部分もある。
【００７３】
本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、を備える。
半導体発光素子１１０は、ステム１１２に載置される。ステム１１２には、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６が連接される。キャップ１１６は、上面の略中央部分に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する窓部１１７が形成されている。
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０は、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにステム底部１１３に固定される。
ホルダ１２０の上面と透光性部材１３０との間には、透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が設けられている。支持部材１４０は、ホルダの上に配置される基部１４４と、基部１４４の上面から突出する突出部１４６とから構成される。突出部１４６の突出した上面は、透光性部材１３０と略同一の径を有している。基部１４４及び突出部１４６は、ともに円盤形状を成している。基部１４４及び突出部１４６の中心軸は略同一であり、その中心部に貫通孔１４２が設けられている。この貫通孔１４２を塞ぐように、透光性部材１３０が支持部材１４０の上に配置される。本実施形態において、透光性部材１３０は円柱状を成している。
透光性部材１３０は、固定部材１５０に係止される。固定部材１５０は、透光性部材１３０が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を支持部材１４０とともに係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。
ホルダ１２０の上には、支持部材１４０及び固定部材１５０を包囲するスリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は略円筒形状を成しており、ホルダ１２０の上面の貫通孔１２２の周縁部に連結されている。
【００７４】
固定部材１５０は、スリーブ１６０の内孔１６２に嵌合され、係止部１５４が透光性部材１３０に接触している。そして、固定部材１５０は、係止部１５４が透光性部材１３０に接触した状態において、スリーブ１６０に対して固定されている。これにより、透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。本実施形態において、固定部材１５０の係止部１５４は、透光性部材１３０の上面と略平行な面を有している。これにより、透光性部材１３０を強固に固定することができる。
【００７５】
本実施形態に係る発光装置は、透光性部材１３０がホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されているため、透光性部材１５０の位置ずれを抑制することができる。また、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０の周囲にスリーブ１６０が設けられていることにより、固定部材１５０を外部から保護することができるので、耐衝撃性が増し、固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０がスリーブ１６０内に嵌合され、固定部材１５０の外面とスリーブ１６０の内面が接触して固定される構造とすることにより、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができる。また、実施形態１と比べて固定部材１５０の内孔１５２と透光性部材１３０との接触面積が増加するため、放熱性をさらに高めることができる。
【００７６】
＜第５実施形態＞
図１１は、第５実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。本実施形態に係る発光装置は、前述した第１実施形態の発光装置と比べて、支持部材と固定部材の構成が異なる。なお、共通する構造については説明を省略する部分もある。
【００７７】
本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、を備える。
半導体発光素子１１０は、ステム１１２に載置される。ステム１１２には、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６が連接される。キャップ１１６は、上面の略中央部分に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する窓部１１７が形成されている。
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０は、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにステム底部１１３に固定される。
ホルダ１２０の上面と透光性部材１３０との間には、透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が設けられている。支持部材１４０は、ホルダの上に配置される基部１４４と、基部１４４の上面から突出する突出部１４６とから構成される。突出部１４６の突出した上面は、透光性部材１３０の最大径と略同一の径を有している。基部１４４及び突出部１４６は、ともに円盤形状を成している。基部１４４及び突出部１４６の中心軸は略同一であり、その中心部に貫通孔１４２が設けられている。この貫通孔１４２を塞ぐように、透光性部材１３０が支持部材１４０の突出部１４６の上に配置される。本実施形態において、透光性部材１３０は略円錐台と円柱状を組み合わせた形状である。
透光性部材１３０は、固定部材１５０に係止される。固定部材１５０は、透光性部材１３０が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を支持部材１４０とともに係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部１５４によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。
ホルダ１２０の上には、支持部材１４０及び固定部材１５０を包囲するスリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は略円筒形状を成しており、ホルダ１２０の貫通孔１２２の周縁部に連結されている。
【００７８】
固定部材１５０は、スリーブ１６０の内孔１６２に嵌合され、係止部１５４が透光性部材１３０に接触している。そして、固定部材１５０は、係止部１５４が透光性部材１３０に接触した状態において、スリーブ１６０に対して固定されている。これにより、透光性部材１３０は、支持部材１４０とともにホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されている。固定部材１５０は、透光性部材１３０を係止部によってホルダ１２０側に押圧した状態で、スリーブ１６０に固定されていることが好ましい。
【００７９】
本実施形態において、固定部材１５０の係止部１５４の開口部１５６は、ホルダ１２０側から透光性部材１３０側に向かって内径が小さくなっている。係止部１５４の開口部１５６の領域は、略円錐台形状をなしており、透光性部材の略円錐台の部分の形状と同一である。これにより、透光性部材１３０が係止部１５４の開口部１５６に嵌合されている。したがって、固定部材１５０と透光性部材１３０との接触面積が大きくなり放熱性を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態に係る発光装置は、透光性部材１３０がホルダ１２０の上面と固定部材１５０の係止部１５４によって挟持されているため、透光性部材１３０の位置ずれを抑制することができる。また、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０の周囲にスリーブ１６０が設けられていることにより、固定部材１５０を外部から保護することができるので、耐衝撃性が増し、固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０がスリーブ１６０内に嵌合され、固定部材１５０の外面とスリーブ１６０の内面が接触して固定される構造とすることにより、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに
限定されないことは言うまでもない。
【００８２】
（実施例１）
図８は、実施例１に係る発光装置を示す概略断面図である。図９は、実施例１に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
実施例１に係る発光装置１００は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０を覆い、半導体発光素子１１０からの光が通過する貫通孔１２２を有するホルダ１２０と、ホルダ１２０の貫通孔１２２の上に配置される透光性部材１３０と、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０と、を備える発光装置である。
【００８３】
半導体発光素子１１０は、ステム１１２に載置される。ステム１１２には、半導体発光素子１１０を覆うキャップ１１６が連接される。
半導体発光素子１１０としては、発光ピーク波長が４４５ｎｍのＧａＮ系の半導体レーザ素子を用いる。
ステム１１２は、ステム底部１１３とステム柱体１１４とリード１１５により構成される。ステム底部１１３、ステム柱体１１４は、それぞれ鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）を主成分とするものを使用する。リード１１５は、低融点ガラスによってステム底部１１３に固定される。半導体発光素子１１０はステム柱体１１４に載置しており、半導体発光素子１１０とリード１１５とはワイヤを介して電気的に接続している。
キャップ１１６は、円筒の上端が環状の上面により被覆された形状を有しており、このキャップ１１６には、半導体発光素子１１０の光出射面に対向する部位に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する円形の窓部１１７が形成されている。キャップ１１６はコバールを使用する。
【００８４】
ホルダ１２０は、略円筒形状を成しており、互いに対向する上面と下面とを有している。ホルダ１２０の貫通孔１２２は、ホルダ１２０の上面の中央部から下面に貫通している。ホルダ１２０は、半導体発光素子１１０及びキャップ１１６を包含するようにステム底部１１３に固定する。ホルダ１２０の内部には、半導体発光素子１１０からの光を集光するレンズ１２５が設けられている。
ホルダ１２０の上には、スペーサ１８０が設けられている。スペーサ１８０は、内孔１８２を有する円筒形状を成している。スペーサ１８０の直径は、５．６ｍｍであり、スペーサ１８０の内孔１８２の直径は１．４ｍｍである。スペーサ１８０の厚みは、レンズ１２５で集光される半導体発光素子１１０の光の焦点の位置が、スペーサ１８０の上に配置される支持部材１４０の内孔１４２の入光側に略一致するように調整する。
スペーサ１８０の上には、スリーブ１６０が設けられている。スリーブ１６０は内孔１６２を有する円筒形状を成している。スリーブ１６０の内孔１６２は、スリーブ１６０の下面側に位置する第１の内孔１６２ａと、第１の内孔１６２ａに連通してスリーブの上面側に位置し、第１の内孔１６２ａよりも径が大きい第２の内孔１６２ｂと、を有する。第１の内孔１６２ａと第２の内孔１６２ｂの間は、内径差による段差部１６２ｃとなっている。第１の内孔１６２ａの径は１．４ｍｍであり、第２の内孔１６２ｂの径は２．５ｍｍである。
ホルダ１２０、スペーサ１８０、及びスリーブ１６０は、ステンレスを主成分とするものを使用し、ホルダ１２０とスペーサ１８０、及びスペーサ１８０とスリーブ１６０をＹＡＧ溶接により固定する。
【００８５】
スリーブ１６０の段差部１６２ｃの上には透光性部材１３０を支持する支持部材１４０が配置される。支持部材１４０は、固定部材１５０の内孔１５２の径以下の径を有する小径部１４４と、小径部１４４と連接する大径部１４６とから構成される。小径部１４４及び大径部１４６は、それぞれ円盤形状である。支持部材１４０は、小径部１４４の少なくとも一部が固定部材１５０の内孔１５２に挿入される。支持部材１４０の小径部１４４の直径は、１ｍｍである。支持部材１４０の大径部１４６の直径は、２．５ｍｍである。小径部１４４及び大径部１４６の中心軸は略同一であり、その中心部に大径部１４６の下面側から小径部１４４の上面側へ通じる貫通孔１４２が設けられている。支持部材１４０の貫通孔１４２は、半導体発光素子１１０に対向する下面側から上面側に向かって広口となる形状を有している。支持部材１４０の貫通孔１４２の直径は、支持部材１４０の下面側で０．２１ｍｍ、上面側で０．３７ｍｍであり、貫通孔１４２の傾斜部は、支持部材１４０の上面に対する傾斜角が８０°である。支持部材１４０はステンレスを使用し、支持部材１４０の表面には反射部材を設けている。反射部材はＮｉ、Ａｇ、Ａｌの順に積層しており、反射部材にはＳｉＯ２の保護膜を形成している。
【００８６】
透光性部材１３０は、支持部材１４０の上に配置される。透光性部材１３０は、円錐台と円盤状を組み合わせた形状で、上面の直径が０．４５ｍｍ、下面の直径が１ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのものを使用する。また、透光性部材１３０は、ホウケイ酸ガラスを用い、波長変換部材としてイットリウム・アルミニウム酸化物系の蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）を含有させている。
【００８７】
固定部材１５０は、透光性部材１３０及び支持部材１４０の小径部１４４が挿入される内孔１５２を有し、内孔１５２の一端に透光性部材１３０を支持部材１４０とともに係止可能な、開口部１５６を有する係止部１５４が設けられてなる。係止部１５４は、透光性部材１３０の最大径よりも小さくしている。固定部材１５０は、スリーブ１６０内に嵌合されている。固定部材１５０の直径は、２．５ｍｍであり、内孔１５２の径は１ｍｍである。係止部１５４の開口部１５６の径は、下面側が０．９ｍｍ、上面側が１ｍｍであり、開口部１５６の傾斜角は、８５°である。なお、固定部材１５０はステンレスを使用し、固定部材１５０の表面には反射部材を設けている。反射部材はＮｉ、Ａｇ、Ａｌの順に積層しており、反射部材にはＳｉＯ２の保護膜を形成している。固定部材１５０とスリーブ１６０はＹＡＧ溶接により固定されている。
【００８８】
以上のように作成された発光装置１００は、透光性部材１３０を係止する固定部材１５０が脱落し難い構造となっている。また、固定部材１５０とスリーブ１６０との接触面積を十分に確保することができるため、固定部材１５０を強固に固定することができる。また、透光性部材１３０で生じる熱を効率よく放熱させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の発光装置は、内視鏡用光源、車載用光源、検査機光源、センサー光源、ディスプレイ用光源等に利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  発光装置
１１０  半導体発光素子
１１２  ステム
１１３  ステム底部
１１４  ステム柱体
１１５  リード
１１６  キャップ
１１７  窓部
１２０  ホルダ
１２２  ホルダの貫通孔
１２５  レンズ
１３０  透光性部材
１４０  支持部材
１４２  支持部材の貫通孔
１４３  光透過部材
１４４  支持部材の基部
１４６  支持部材の突出部
１５０  固定部材
１５２  固定部材の内孔
１５４  係止部
１５６  係止部の開口部
１５６ａ  係止部の開口部の入光側
１５６ｂ  係止部の開口部の出光側
１６０  スリーブ
１６２  スリーブの内孔
１６２ａ  第１の内孔
１６２ｂ  第２の内孔
１６２ｃ  段差部
１７０  溶接痕
１７５  空隙部
１８０  スペーサ
１８２  スペーサの内孔
６００  発光装置
６１０  半導体レーザ
６１２  ヘッダー
６２０ａ  内側のキャン
６２０ｂ  外側のキャン
６２５  レンズ
６３０  ガラス窓
６４０  光ファイバ
７００  発光装置
７１０  半導体発光素子
７１２  ステム
７２０  キャン
７３０  取り出し窓
７３５  蛍光物質層
【図１】
2010165834.tif 000003
【図２】
2010165834.tif 000004
【図３】
2010165834.tif 000005
【図４】
2010165834.tif 000006
【図５】
2010165834.tif 000007
【図６】
2010165834.tif 000008
【図７】
2010165834.tif 000009
【図８】
2010165834.tif 000010
【図９】
2010165834.tif 000011
【図１０】
2010165834.tif 000012
【図１１】
2010165834.tif 000013
【図１２】
2010165834.tif 000014
【図１３】
2010165834.tif 000015